组合生物合成
微生物次级代谢产物生物合成基因簇与药物创新
微生物次级代谢产物生物合成基因簇与药物创新【关键词】 ,微生物次级代谢产物；,,生物合成基因簇；,,药物创新；,,组合生物合成；,,代谢工程摘要：微生物产生众多结构和生物活性多样的次级代谢产物，其生物合成基因簇的克隆是药物创新和产量提高的必要前提。
迄今为止已有超过150种生物合成基因簇通过各种方式被克隆，并被用于组合生物合成、体外糖类随机化、代谢工程的定向改造。
我们研究室已经克隆并测定了氨基糖苷类井冈霉素/有效霉素、多烯类抗生素FR008/克念菌素、聚醚类南昌霉素、聚酮类梅岭霉素、杂合聚酮多肽类口恶唑霉素等生物合成基因簇。
深入的基因功能分析揭示了他们独特的生物合成途径和调节机理，为正在进行的组合生物合成结构改造和代谢工程产量提高奠定了基础。
关键词：微生物次级代谢产物；生物合成基因簇；药物创新；组合生物合成；代谢工程Secondary metabolic pathway genes and new drug discoveryABSTRACT Microorganisms produce myriads of secondary metabolites with both structural and functional diversities. The cloning of corresponding biosynthetic gene clusters is essential for new drug discovery and yield improvement by metabolic engineering. To date, more than 150 biosynthetic geneclusters had been cloned via different strategies, which are subsequently manipulated through combinatorial biosynthesis, in vitro glycorandomization, or other biotechnological methods. In our laboratory, several biosynthetic gene clusters have been cloned and sequenced, representatives of which are responsible for the biosyntheses of the aminoglycoside jinggangmycin/validamycin, polyene antibiotic FR008/candicidin, polyether nanchangmycin, polyketide meilingmycin, PKSNRPS oxazomycin and others. Extensive analyses of gene functions, their unique biosynthetic pathways and regulatory mechanisms have now paved the way for more rational structural modifications through combinatorial biosynthesis and yield improvements using metabolic engineering.KEY WORDS Microbial secondary metabolites; Biosynthetic gene cluster; New drug discovery; Combinatorial biosynthesis; Metabolic engineering微生物产生的次级代谢产物在化学结构和生物活性方面多种多样，主要的产生菌类群包括放线菌、芽孢杆菌、粘细菌、假单胞菌、蓝细菌、真菌等，其中已知抗生素的三分之二以上是以链霉菌为代表的放线菌产生的。
生物制药工艺学名词解释
生物制药工艺学名词解释：第一章：1. 药品：一定剂型和规格的药物并赋予一定的形式（如包装），而且经过有关部门的批准，有明确的作用用途。
药物：能影响机体生理、生化和病理过程，用以预防、诊断、治疗疾病和计划生育的化学物质。
2. 生物药物Biopharmaceuticals：以生物体、生物组织或其成份为原料综合应用生物学、物理化学与现代药学的原理与方法加工制成的药物。
3. 生物活性Biological activity,Bioactivity：对活组织如疫苗有影响的特性。
4. 酶工程enzyme engineering：酶学与工程学互相渗透结合，发展形成的生物技术，它是从应用目的出发，研究酶和应用酶的特异催化功能，并通过工程化过程将相应原料转化成所需产物的技术。
5. 固定化酶immobilized enzyme：是指借助于物理和化学的方法把酶束缚在一定空间内并具有催化活性的酶制剂。
6. 组合生物合成combinatorial biosynthesis（组合生物学combinatorial biology）：应用基因重组技术重新组合微生物药物的基因簇，产生一些非天然的化合物。
7. 药物基因组学：一门研究个人的基因遗传如何影响身体对药物反应的科学。
8. 凝聚作用coagulation：指在电解质作用下，胶粒粒子的扩散双电子层排斥电位降低，破坏了胶体系统的分散状态，使胶体粒子发生聚集的过程。
9. 萃取extraction：将物质从基质中分离出来的过程。
一般指有机溶剂将物质从水相转移到有机相的过程。
10. 反萃取stripping/back extraction：将萃取液与反萃取剂相接触，使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过程。
11. 萃取因素/萃取比：萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中总量之比。
12. 分离因素separation factor：在同一萃取体系内两种溶质在同样条件下分配系数的比值。
13. 双相萃取技术two-aqueous phase extraction：利用不同的高分子溶液相互混合可产两相或多相系统，静置平衡后，分成互不相溶的两个水相，利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
合成生物学策略
合成生物学策略引言：合成生物学是一门新兴的学科，它将生物学、工程学和计算机科学相结合，旨在通过设计和构建生物系统来解决现实世界中的问题。
合成生物学策略的应用范围非常广泛，涉及到医学、能源、环境保护等众多领域。
本文将探讨一些常见的合成生物学策略，并分析其应用前景。
一、合成生物学策略的基本原理合成生物学策略的基本原理是通过合成DNA序列来构建新的生物系统。
研究人员可以通过合成DNA序列，改造已有的生物体，使其具有新的性状或功能。
这种方法可以用于优化生物产物合成、开发新型药物、改良农作物等多个领域。
二、模块化设计策略模块化设计策略是合成生物学中常用的一种策略。
研究人员将生物系统分解为多个模块，每个模块负责一种特定的功能。
通过组合这些模块，可以构建出具有复杂功能的生物系统。
这种模块化设计策略可以提高系统的可重复性和可扩展性，使得研究人员能够更加灵活地设计和构建生物系统。
三、基因调控策略基因调控是合成生物学中的重要研究方向之一。
通过调控基因的表达水平，研究人员可以控制生物体的特定性状或功能。
例如，可以通过调控特定基因的表达水平来提高生物产物的合成效率，或者抑制病原体的生长。
基因调控策略可以通过合成新的调控元件或优化现有的调控元件来实现。
四、细胞工程策略细胞工程是合成生物学中的另一个重要研究方向。
通过改造细胞的代谢途径、调控信号传导网络等手段，研究人员可以改变细胞的性状或功能。
例如，可以通过改造细菌的代谢途径，使其能够合成高效的生物燃料。
细胞工程策略可以通过合成新的酶或优化现有的酶来实现。
五、计算机辅助设计策略计算机辅助设计是合成生物学中的一项重要技术。
借助计算机模拟和预测的手段，研究人员可以在计算机上进行生物系统的设计和优化。
例如，可以通过计算机模拟来预测特定基因调控元件的效果，或者优化生物系统的结构和功能。
计算机辅助设计策略可以显著提高研究效率，缩短研发周期。
六、合成生物学策略的应用前景合成生物学策略在多个领域具有广阔的应用前景。
生物合成 化学合成
生物合成化学合成
生物合成和化学合成是两种不同的合成方式，它们都可以用来制造新的物质。
生物合成是指生物体内的合成过程，它是由生物体内的酶催化的，酶是一种特殊的蛋白质，它可以将一种物质转化为另一种物质，从而实现物质的合成。
生物合成的过程可以分为三个步骤：首先，酶将原料物质分解成更小的物质；其次，酶将这些小物质组合成更大的物质；最后，酶将这些大物质组合成最终的产物。
化学合成是指在实验室中通过化学反应来合成新物质的过程。
它是由化学反应催化的，化学反应可以将一种物质转化为另一种物质，从而实现物质的合成。
化学合成的过程可以分为三个步骤：首先，化学反应将原料物质分解成更小的物质；其次，化学反应将这些小物质组合成更大的物质；最后，化学反应将这些大物质组合成最终的产物。
生物合成和化学合成都可以用来制造新的物质，但它们之间也有很多不同之处。
首先，生物合成是由酶催化的，而化学合成是由化学反应催化的；其次，生物合成的过程更加复杂，而化学合成的过程更加简单；最后，生物合成的产物更加复杂，而化学合成的产物更加简单。
此外，生物合成和化学合成还有一个重要的区别，就是它们的应用范围不同。
生物合成主要用于生物体内的合成，而化学合成则主要用于实验室中的合成。
总之，生物合成和化学合成都是用来制造新的物质的方法，它们之间有很多不同之处，但它们都可以用来制造新的物质。
聚酮合酶
聚酮合类药物和聚酮合酶一、聚酮类药物聚酮类化合物是由简单脂肪酸在聚酮合酶催化下经过类似长链脂肪酸的合成途径生成的，其中心骨架是通过丙二酸(或有取代基的丙二酸)硫酯重复的脱羧缩合而形成的。
包括聚次甲基酮基团( (CH2一CO)n)化合物及其加水、脱水或者脱羧的衍生物。
常见的聚酮类药物主要有洛伐他汀、阿霉素、红霉素、四环素、两性霉素、南昌霉素、普拉固（普伐他汀）等二、聚酮合酶聚酮合成酶通过催化前体物质进行反复的缩合反应,可以形成多种聚酮体,再经过甲基化、氧化还原、糖基化等修饰反应形成各种各样结构复杂的聚酮类化合物。
尽管聚酮类化合物在结构上是多样的,但其生物合成有其共同的机制,其核心结构均由聚酮合酶催化合成。
根据聚酮合酶的结构及其它性质,聚酮合酶被分成Ⅰ型(typeⅠPKS,又称模件型)、Ⅱ型(typeⅡPKS,又称迭代型)和Ⅲ型(typeⅢPKS,查尔酮型)3大类。
Ⅰ型PKSⅠ型PKS是以模块形式存在的多功能酶,每一模块含有一套独特的、非重复使用的催化功能域,其非重复使用的催化功能域与聚酮生物合成的反应顺序呈线性对应,主要催化合成大环内酯类、聚烯及聚醚类化合物。
Ⅱ型PKS 1984年Malpartida和Hopwood首次报道了Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体,只包含一套可重复使用的结构域,每一结构域在重复的反应步骤中都多次地用来催化相同的反应。
Ⅲ型PKSⅢ型聚酮合酶(TypeⅢPKSs)以植物中的查耳酮合酶为代表(chalcone synthases)。
1999年,Funa等发现了一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS(chalcone synthase-like PKS)———Rp-pA,后来被称为Ⅲ型PKS。
Ⅲ型PKS和其它两种PKS迥然不同,它在不需要ACP的情况下直接催化泛酰辅酶A间的缩合,主要负责单环或双环芳香类聚酮化合物的生物合成。
全球现在已有两个聚酮合酶数据库，一个是印度国家免疫学研究所的Yadav G等人于2003年构建的PKSDB数据库；另一个是在PKSDB数据库基础上，韩国SmallSoft公司Tae H等人对PKSDB数据库加以改进和补充，在2007年构建的ASMPKS数据库。
合成生物学研究报告
合成生物学研究报告01合成生物学的概念合成生物学是以工程学理论为指导，设计和合成各种复杂生物功能模块、系统甚至人工生命体,并应用于特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等的一门综合学科。
合成生物学包含工程学的理念，而任何一个生命体系可以看作是具有不同功能的生物零件的有序组合。
合成生物学的目的在于设计和创造新的生物组件和体系，对现有的生物体系进行重新设计。
从基本的生物组件构建复杂的人工生命体系，对整个生命过程进行重新设计、改造、构建。
合成生物学的研究应用主要包括两个方面：一是“自上而下”的方法，通过对现有的、天然存在的生物系统进行重新设计和改造，修改已存在的生物系统，使之增添新的功能（从基因组中剔除非必要基因组）；二是“自下而上”的方法，通过设计和构建新的生物元件、组件和系统，创造自然界中尚不存在的人工生命系统（从核苷酸合成新的生命体）。
图：合成生物学的内涵资料来源：中国发展门户网02合成生物学的里程碑事件2000年，美国科学家JamesJ.Collins开发出了遗传开关，这通常被认为合成生物学的开端。
2010年，Craig Venter创造出了第一个人造生命。
之后合成生物学快速发展，出现了非天然核酸、蛋白质从头设计、单条染色体酵母和大肠杆菌基因组全合成等一系列里程碑式的工作。
合成生物学的发展大体经历了3个阶段：第一阶段，创建时期（2000—2003年）：产生了许多具备领域特征的研究手段和理论，特别是基因线路工程的建立及其在代谢工程中的成功运用。
第二阶段，扩张和发展期（2004—2007年）：这一阶段的特征是领域有扩大趋势，但工程技术进步比较缓慢。
第三阶段，快速创新和应用转化期（2008—2013年）：这一阶段涌现出的新技术和工程手段使合成生物学研究与应用领域大为拓展，特别是人工合成基因组的能力提升到了接近染色体长度的水平，基因组编辑技术出现前所未有的突破。
图：2000—2018年合成生物学研究的代表性进展资料来源：中国发展门户网图：以“synthetic biology”为关键词的文章增量资料来源：pubmed03合成生物学的基本模块与传统生物工程相比，合成生物学最大的进步在于对工程设计原理的系统性应用：依据工程设计原理对天然存在的各种酶、调控分子等进行简单化、模块化处理，设计出具有各种基本功能的元件。
化学生物组合法合成米格列醇及其表征
2009年第28卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·477·化工进展化学生物组合法合成米格列醇及其表征王端好，孙蓓，赵彭花，薛小波，张小里（西北大学化工学院，陕西西安 710069）摘要：以葡萄糖和乙醇胺为原料，催化加氢生成N-羟乙基葡糖胺，葡萄糖转化率为89%。
氧化葡萄糖酸杆菌Gouv2007的静息细胞在通气下氧化N-羟乙基葡糖胺脱氢生成米格列醇的前体物质6-脱氧-6-羟乙基氨基-α-L-呋喃山梨糖，再催化加氢生成米格列醇，对从N-羟乙基葡糖胺生成米格列醇的底物转化率为77.3％。
采用熔程测定、红外光谱分析、质谱分析对N-羟乙基葡糖胺和米格列醇进行了表征，结果表明：所合成的产物分别被鉴定为N-羟乙基葡糖胺和米格列醇。
关键词：氧化葡萄糖酸杆菌；N-羟乙基葡糖胺；微生物氧化；米格列醇中图分类号：TQ 463 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2009）03–0477–04Synthesis and characterization of miglitol by combined biotechnological -chemical synthesis methodWANG Duanhao，SUN Bei，ZHAO Penghua，XUE Xiaobo，ZHANG Xiaoli（College of Chemical Engeering，Northwest University，Xi’an 710069，Shaanxi，China）Abstract：Glucose and ethanolamines were catalytic hydrogenated to obtain N-(2-hydroxyethyl)- glucamine，with a transformation rate of 89%. N-(2-hydroxyethyl)-glucamine was dehydrogenated to6-(2-droxyethyl)amino-6-deoxy-a-L-sorbofiuanose the key intermediate of miglitol by the resting cellsof Gluconobater oxydans Gouv2007 through aeration. 6-(2-Droxyethyl)amino-6-deoxy-a-L- sorbofiuanose was hydrogenated catalyticlly to miglitol. In the transformation of N-(2-hydroxyethyl)- glucamine to miglitol，the transformation rate was 77.3%. The samples of N-(2-hydroxyethyl)- glucamine and miglitol were characterized with infrared spectroscopy，melting point and MALDI-MS analysis. The results confirmed the samples of N-(2-hydroxyethyl)-glucamine and miglitol.Key words：Gluconobater oxydans；N-(2-hydroxyethyl)-glucamine；microbial oxidation；miglitol米格列醇（miglitol）是一种新型α-葡糖苷酶抑制剂，能竞争性抑制α-葡糖苷酶，减少糖类化合物的代谢，降低糖类在小肠的吸收，从而稳定饭后血浆葡萄糖浓度。
组合生物合成
换、阻断、重组等)来改变生物合成途径产生新 的代谢旁路, 利用天然产物生物合成机制 利用天然产物生物合成机制获得大 量新的“非天然”天然产物的方法。
1985 年, Hopwood 教授在世界首次报道用遗传工程的手段合成 “非天然”的天然产物isochromanequinone, 为后来的组合生物合 成奠定了基础。这一领域成为天然产物代谢工程研究中最活跃的 领域, 许多微生物次级代谢研究的专家都加入这一领域的工作, 因 为组合生物合成有潜力制造出很多先导化合物。
1、Ⅰ型PKS
Ⅰ型PKS 研究最为透彻, 主要由酮基合成酶(ketosynthase, KS) 、酰基 转移酶(acyltransferase, AT)、酰基载体蛋白(acyl-carrier protein, ACP)、 脱氢酶(dehydratase, DH)、烯酰还原酶(enoyl reductase, ER)和酮基还 原酶(ketoreductase, KR) 等功能域（结构域）组成。这些结构域组成 模块化结构。KS、AT、ACP是链延伸反应的“最小PKS”，由AT选择 一个延伸单元，通常是乙酸或丙酸，连接到链上，由KS催化缩合反 应，ACP吸住链并接受从AT来的延伸单元以备下一步缩合反应。 如合成红霉素的PKS由3 条多肽链(DEBS1、DEBS2 和DEBS3)7 个模块 组成; 合成雷帕霉素的PKS 由3 条多肽链(RAPS1、RAPS 2 和RAPS 3)14 个模块组成。
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2. PKS中模块或功能域的增加
Rowe 等以合成红霉素和雷帕霉素的PKS 为研究对象, 首 次成功地实现了模块添加 模块添加的设想。方法是将合成雷帕霉 模块添加 素的PKS 中模块2 和模块5 分别插入到减短后的DEBS1-TE 的模块1 和模块2 之间, 结果得到了在相应位置多出一个 结构单位的四酮化合物(图1); 将合成雷帕霉素的PKS中模 块2和模块5分别插入到全长的合成红霉素的PKS 中模块1 和模块2之间, 结果得到了在相应位置多出一个结构单位 的十六元环的聚酮化合物。
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2. PKS中模块或功能域的增加
Rowe 等以合成红霉素和雷帕霉素的PKS 为研究对象, 首 次成功地实现了模块添加 模块添加的设想。方法是将合成雷帕霉 模块添加 素的PKS 中模块2 和模块5 分别插入到减短后的DEBS1-TE 的模块1 和模块2 之间, 结果得到了在相应位置多出一个 结构单位的四酮化合物(图1); 将合成雷帕霉素的PKS中模 块2和模块5分别插入到全长的合成红霉素的PKS 中模块1 和模块2之间, 结果得到了在相应位置多出一个结构单位 的十六元环的聚酮化合物。
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聚酮类(Polyketides)和非核糖体聚肽类(Non-Ribosomal Polypeptides)在天然产物中占了相当大的比例，如：
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McDaniel 等将合成红霉素PKS模块2的KR结构域替换为来自 于合成西罗莫司PKS 模块4 的DHKR结构域, 与原模块的结构 域相比相当于增加了一个DH 结构域, 得到了一个含有C=C 双键的化合物。
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1、PKS模块或功能域的减少
运用组合生物合成方法对PKS 中某一个模块进行去除的操作中, 当 满足最后一个模块和具有环化功能的酶域可以识别非天然的中间 产物的前提时, 则减短后的PKS 仍然具有催化形成新的聚酮化合物 或其结构类似物的功能。如在红霉素生物合成途径中,分别将合 成红霉素PKS 原有的6 个模块减少至1 个、2 个、3 个或者5 个, 然 PKS 6 1 2 3 5 , 后将具有环化功能的硫酯酶(thioesterase, TE)结构域分别连于其后, 结果相应减短后的P K S 催化合成了二酮、三酮、四酮和六酮化合 物。这说明TE 具有广泛的底物特异性, 对聚酮体结构也有一定的 宽容性, 因此通过直接改变它的位置可以间接调整产生聚酮化合 物的链长度。
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acyltransferase (AT) , acyl carrier protein(ACP) , ketosynthase (KS) , dehydratase (DH), enoyl reductase(ER), and ketoreductase (KR)
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类似地, Kao 等将合成红霉素PKS 模块2 的KR 结构域 替换为合成西罗莫司PKS 模块1 的DH-ER-KR 结构域, 得到了一个新的八元环化合物。
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3、模块或功能域的替换
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应步骤中多次用来催化酚聚酮结构的生成； (3) Ⅲ型PKS是可重复使用的同源双亚基蛋白, 属于查尔酮(chalcone) 合成酶类。 与前两类PKS 截然不同, 不依赖于ACP, 也不像前两类PKS 是通过ACP 活化酰基辅酶A的底物, 而是直接作用于酰基辅酶A活化 的简单羧酸。
2、Ⅱ型PKS
PKSⅡ又称迭代或芳香（iterative）类PKS，其主要合成芳香 族的化合物，如蒽环类及四环类化合物等。大部分PKSⅡ型 基因由编码最小单位PKS 的3 个阅读框架组成，即KS/AT、 ACP 和CLF（链长决定因子）。在生物合成芳香族化合物过 程中它们被重复使用，因此又称为迭代型PKS（iterative PKS）；此外还有KR、芳香化酶（aromatase）、环化酶 （cyclase）等的参与。属于PKSⅡ的聚酮化合物有放线紫红 素（actinorhodin，act）、四并菌素（tetracenomycinc， tcm） 和富伦菌素（frenolicin，fren）等。
1、Ⅰ型PKS
Ⅰ型PKS 研究最为透彻, 主要由酮基合成酶(ketosynthase, KS) 、酰基 转移酶(acyltransferase, AT)、酰基载体蛋白(acyl-carrier protein, ACP)、 脱氢酶(dehydratase, DH)、烯酰还原酶(enoyl reductase, ER)和酮基还 原酶(ketoreductase, KR) 等功能域（结构域）组成。这些结构域组成 模块化结构。KS、AT、ACP是链延伸反应的“最小PKS”，由AT选择 一个延伸单元，通常是乙酸或丙酸，连接到链上，由KS催化缩合反 应，ACP吸住链并接受从AT来的延伸单元以备下一步缩合反应。 如合成红霉素的PKS由3 条多肽链(DEBS1、DEBS2 和DEBS3)7 个模块 组成; 合成雷帕霉素的PKS 由3 条多肽链(RAPS1、RAPS 2 和RAPS 3)14 个模块组成。
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组合生物合成通过对天然产物代谢途径的遗传控制来生物 合成新型的复杂化合物： 一方面，特异性地遗传修饰天然产物的生物合成途径，以 遗传修饰 遗传修饰 此获得基因重组菌株，生产所需要的天然产物及其结构类 似物； 另一方面，将不同来源的天然产物生物合成基因进行重组 生物合成基因进行重组， 生物合成基因进行重组 在微生物体内建立组合的新型代谢途径，由此重组微生物 库所产生的新型天然产物构成了类似物库，有利于从中发 现和发展更具有应用价值的药物。
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换、阻断、重组等)来改变生物合成途径产生新 的代谢旁路, 利用天然产物生物合成机制 利用天然产物生物合成机制获得大 量新的“非天然”天然产物的方法。
1985 年, Hopwood 教授在世界首次报道用遗传工程的手段合成 “非天然”的天然产物isochromanequinone, 为后来的组合生物合 成奠定了基础。这一领域成为天然产物代谢工程研究中最活跃的 领域, 许多微生物次级代谢研究的专家都加入这一领域的工作, 因 为组合生物合成有潜力制造出很多先导化合物。
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二、聚酮类化合物
聚酮类化合物是由简单脂肪酸在聚酮合酶( Polyketide synthase, PKS) 催化下经过类似长链脂肪酸的合成途径生成的。 目前所发现的PKS可以归为三类: (1)Ⅰ型PKS也称为模块式 模块式PKS, 它由若干个多功能多肽组成, 每一个 模块式 多肽上都分别携带有独特的、非重复使用的催化结构域； (2)Ⅱ型PKS也称为迭代式 迭代式或芳香式PKS, 它是一个多酶复合体的迭代 迭代式 体系(至少包含KS 和ACP), 通过一套可重复使用的结构域在重复的反
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组合生物合成
一、定义
组合生物合成 组合生物合成（Combinatorial Biosynthesis）： 生物合成 是在微生物次级代谢产物生物合成基因和酶 学基础上形成的, 通过对微生物代谢产物合成途 径中涉及到的一些酶的编码基因进行操作(如替 (
其生物合成是由PKS或NRPS蛋白催化、按照功能 结构域和催化模块的排列顺序来指导化学结构的 形成，编码这些酶（或结构域）的基因通常特征 性地成簇分布于染色体的某一区域而构成一个基 因簇。 这预示研究者们可以通过结构域和模块的功能重 排构建重组的PKS或NRPS蛋白，从而控制聚酮或 聚肽骨架结构的合成逻辑，以生产新型结构的 “非天然”天然聚酮或聚肽化合物。
在红霉素D E B S 1 的N 端有一个称为荷载域(loading domain, LD)的 AT 和ACP 域。已知不同的LD 对底物的选择性不同, 利用LD对底物 的宽容性, 用异源替换原LD可以改变所接受的起始单元, 从而获得 新的聚酮化合物。Marsden 等用阿维菌素的LD 替换红霉素的LD, 在 构建的糖多孢红霉菌(Saccharopilyspora erythraea)突变体中, 产生了 以阿维菌素生物合成起始单位异丁酸和2-甲基丁酸为起始物的红 霉素衍生物, 添加不同的前体则可合成C-13位为异丙基、2- 丁基等 红霉素A、B 和D 衍生物。由于有许多支链羧酸可以成为阿维菌素 的前体, 因此利用阿维菌素LD 广泛的底物特异性可以获得多种红霉 素衍生物。
美国加州高新技术产业公司研制的埃波霉素(epothilone) 作为抗肿 瘤药物于2007年上市。霉素原来由纤维堆囊黏细菌产生, 其产量低, 繁殖时间长, 产品无法进行产业化生产。该公司利用基因组合技术 使纤维堆囊黏细菌的埃波霉素生物合成基因在链霉菌中得到表达, 并通过酰基转移酶功能域替换及羟基化酶基因的阻断, 获得了主要 产生埃波霉素中抗肿瘤活性最好组分的epothilone D 的基因工程菌。
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延伸完成的长链由硫酯酶（thioesterase，TE）功能域催化环化成红霉 素的前体6-脱氧红霉内酯B（6-deoxyerythronolide B,6-DEB)
Analogous enzymatic logic used by the AT domain in modular PKSs. The acyltransferase (AT) and acyl carrier protein(ACP) domains are present in all modules. The ketosynthase (KS) domain is present in all chain extension modules. The dehydratase (DH), enoyl reductase(ER), and ketoreductase (KR) domains are optional domains.